JPH0778476B2

JPH0778476B2 - 検出素子の組み付け構造

Info

Publication number: JPH0778476B2
Application number: JP23964486A
Authority: JP
Inventors: 昭雄高見; 伸夫川合; 利孝松浦; 義昭黒木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPS6394143A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、検出素子の主体金具への組み付け構造に関す
るものである。

［従来の技術］近年、公害防止、省エネルギー、工程の細かい管理等を
目的として種々のセンサーが使用される。

このセンサーのひとつとして、筒状あるいは板状のセラ
ミックからなる検出素子を筒状の主体金具に組み付けた
ものがある。

この組み付け方法として、検出素子を主体金具に挿入し
た後、耐熱セメントを用いて所定位置に固着する構造が
用いられていた。しかし、この構造には次のような問題
がある。

（１）検出素子を主体金具内の所定通りの位置に正確に
挿入して保持し、耐熱セメントを検出素子と主体金具と
の間に均一に注入することが容易ではない。

（２）上記注入した耐熱セメントが硬化するまで、検出
素子と主体金具との相対位置を一時的に固定しておかな
ければならない煩わしさがある。

（３）耐熱セメントが頭部側開口より注入されることか
ら、必然的に検出素子の頭部側端部や電極線にまで付着
し、後工程で気密封止を目的としたガラスを充填すべき
空間が狭く限定され、完全な気密封止を期待することが
出来ない。

この様な問題点を解決するために、石綿、ガラスファイ
バー等からなるスペーサを用いて検出素子の位置を支持
する方法がある。

即ち、先ず主体金具に、石綿、ガラスファイバー等から
なるスペーサを取り付けた検出素子を挿入し、該主体金
具と該検出素子との間隙にタルク等を充填材として充填
し、その後該充填材を固定するリングあるいはガラスを
主体金具に挿入あるいは注入する方法である。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、上述の方法は次のような問題点を有している。

（１）石綿、セラミックファイバー等からなるスペーサ
は、主体金具内壁とスペーサとの間の摩擦力、およびス
ペーサと検出素子との間の摩擦力によって検出素子を主
体金具内に支持する。しかし、弾力性が少ないために検
出素子を押し付ける力が弱く、充填材の充填等の工程で
検出素子の位置がずれる場合がある。

（２）弾力性に欠けるために、スペーサ内に間隙が多数
残り充填粉末がスペーサからこぼれることがある。

（３）充填材の充填量が多すぎると、充填時の圧力が無
理な力となって検出素子に加わり、検出素子が破損する
場合がある。逆に、充填材の充填量が少な過ぎると、検
出素子に十分な圧力が加わらず、検出素子が使用中に動
く場合がある。

［問題点を解決するための手段］本発明は上記問題点を解決するために次の手段を採用し
た。

即ち、本発明の要旨は、周囲環境の状態を検出する検出素子と、該検出素子を格納する主体金具と、上記主体金具内で上記検出素子を支持するスペーサと、上記主体金具内に上記検出素子を保持するように充填さ
れると共に、上記スペーサによって封じられた充填材
と、を備え、上記スペーサが耐熱金属繊維あるいは多孔性金属からな
り、かつ上記検出素子が該スペーサの弾性圧縮により支
持されることを特徴とする検出素子の組み付け構造にあ
る。

ここで検出素子としてはZrO₂のように固体イオン伝導体
やTiO₂のように周囲雰囲気によって抵抗率が変化する材
料を用いたガス検出素子あるいはサーミスタのような温
度検出素子を用いることが出来る。

充填材としてはタルク等のセラミック粉末、ガラス繊維
などのセラミック製繊維を用いることが出来る。

スペーサを構成する耐熱金属繊維としては、直径が0.00
1〜0.20mm程度のステンレス、タングステン、モリブデ
ン等からなる金属繊維を使用できる。また、多孔性金属
としては、上記金属の成形時に発泡させた気孔率が15〜
80％程度の発泡金属等が使用できる。又、スペーサの弾
性変形能は耐熱金属繊維、多孔性金属の何れの場合も従
来のセラミック繊維に比べ非常に大きい。

［作用］上記スペーサは、耐熱金属繊維あるいは多孔性金属から
なるために、弾力性が大きい。したがって、検出素子
は、主体金具内壁にスペーサにより強く保持されてい
る。その結果、検出素子は強い力で、主体金具内の所定
位置に支持される。

また、上記スペーサは弾力性に優れるために、上方より
押し込めることにより、容易に圧縮されて変形して間隙
がほとんどなくなるとともに、その弾性力で基板や金具
に食いつくため、充填粉末がスペーサからこぼれること
はない。

［実施例］本発明の一実施例について図面を参照しつつ説明する。
尚、説明上各図の縮尺が異なる。

本実施例は板状の酸素検出素子10を用いた酸素センサＳ
に本発明を適用したものであって、第１図は酸素センサ
Ｓの部分破断斜視図である。尚、説明上酸素検出素子10
は破断せずに描いてある。

ステンレス（SUS430）製の主体金具12は後述する酸素検
出素子10を固定すると共に本センサを内燃機関に取り付
けるために筒状に形成されている。この主体金具12の外
周には内燃機関取り付け用のネジ部12aが刻設されてい
る。

プロテクタ14は主体金具12の内燃機関側先端部に取り付
けられ、酸素検出素子10を保護する。内筒16と外筒18は
主体金具12に取り付けられて、酸素検出素子10、そのピ
ン端子10a、10b、10cおよび該ピン端子に接続されたリ
ード線20a、20b、20cを保護する。酸素検出素子10はス
ペサー22、充填粉末24及びガラスシール26を介して主体
金具12及び内筒16に把持されている。外筒18に把持さ
れ、かつシリコンゴムからなるシール材28はリード線20
a、20b、20cと、ガラスシール26より突出された酸素検
出素子10からの端子10a、10b、10cとを絶縁保護するた
めのものである。尚、スペース22の詳細については後述
する。

ここで充填粉末24はアルミナ、ジルコニア、ムライト、
シリカ、タルク等の多孔質セラミック粉末からなる。ガ
ラスシール26はガラスからなり、検出ガスのもれを防止
すると共に酸素検出素子10の端子10a、10b、10cを保護
する。

上記リード線20a、20b、20cと端子10a、10b、10cとの接
続は、次のようにして行われる。

先ず、予め外筒18内にシール材28及びリード線20a、20
b、20cを納めると共に、各リード線20a、20b、20cの先
端に加締め金具を接続し、その後、加締め金具を端子10
a、10b、10cと加締めまたは溶接によって接続する。

上述した酸素検出素子10の一例を第２図の部分破断した
斜視図により説明する。

この酸素検出素子10は、感ガス層として、周囲雰囲気中
の酸素ガス分圧に応じて導電率の変化するチタニアを用
いている。

上記酸素検出素子10は、セラミック基板42と、このセラ
ミック基板42上に形成され、かつ、端子43a、43b、43e
で白金リード線44a、44b、44eに接続された検出用電極4
6a、46bおよび熱抵抗電極46e等の電極パターン46と、上
記セラミック基板42上および電極パターン46上に積層し
てセラミック基板42と一体化され、かつ、窓部48aを有
するセラミック積層板48と、上記セラミック積層板48の
窓部48aに、検出用電極パターン46a、46bを覆うように
充填され、かつ、チタニアからなる感ガス層50と、感ガ
ス層50上に積層されたAl₂O₃からなるコート層52と、か
ら構成されている。また、上記白金リード線44a、44b、
44eは各々前述のピン端子10a、10b、10cに接続される。

酸素検出素子10の主体金具12への組み付けを、第３図の
断面図により説明する。

先ず、中央部に検出素子10が遊嵌する孔を有し、かつ主
体金具12の内径より若干小さい外径を有するワッシャー
60を検出素子10の端子側から挿入する。続いて、中央部
に検出素子10の外周より若干小さい内径を有する孔を有
しかつ主体金具12の内径より若干大きい外径を有する綿
状ステンレス繊維からなるスペーサ22を検出素子10の端
子側から、検出素子10の外周に嵌める。スペーサ22は弾
力性があるので検出素子10をしっかりと把持する。

ついで、検出素子10に遊嵌したワッシャー60が主体金具
12の内面に設けられた段部62と係合するように検出素子
10を主体金具12のネジ部12aとは反対側から挿入する
（第１図参照）。

その後、主体金具12の上部から圧縮力を加えスペーサ22
を検出素子10と主体金具12内面との間にしっかりと充填
する。すると、スペーサ22は永久変形をしながら、その
内部の間隙を埋め、且つスペーサ22の弾性で検出素子10
を主体金具12内に保持する。

さらに、セラモック製粉末からなる充填材24を同方向か
ら適量挿入して、検出素子10を主体金具12内に固定す
る。

上記の如く、検出素子10を主体金具12に組み付けると、
綿状ステンレス繊維からなるスペーサ22の大きい弾性力
により、検出素子10は主体金具12内に強く保持される。
そのため、充填材24の充填工程で検出素子10の位置がず
れることはない。

また、充填材24の充填圧力によって、スペーサ22内の間
隙がほとんどなくなり、充填材24がスペーサ22からこぼ
れることはない。

さらに、スペーサ22の弾力性のために、充填材24の充填
量が多少変動しても、検出素子10に加わる力は適当とな
る。

本発明の他の実施例を第４図の断面図に示す。

本実施例は、上記実施例のワッシャー60と主体金具12内
面の段部62とに代えて、主体金具12内面に突出部65を設
け、この突出部65によってスペーサ22を支持する。この
様にすると、上記実施例の効果とともに、使用部品点数
の減少による省資源、工程数の低減という効果がある。

又、突出部65先端を図に示す如く、テーパ面とすると、
主体金具12に検出素子10を挿入した際に、スペーサ22は
テーパ面先端部と検出素子10との間に食い込み、強い圧
縮力を受ける。その結果、スペーサ22は検出素子10をよ
り強固に保持するので好ましい。

［発明の効果］本発明は、上記のような構成を採ることによって、次の
ような効果を有する。

（１）スペーサは、弾力性が大きいので、主体金具内壁
と検出素子とは共にスペーサの大きい弾力により押し付
けられる。そのため、検出素子を支持する力が強く、充
填材の充填工程で検出素子の位置がずれることはない。

（２）充填粉末の充填圧力によって、スペーサの間隙が
ほとんどなくなり、充填粉末がスペーサからこぼれるこ
とはない。

（３）スペーサの弾力性のために、充填材の充填量が多
少変動しても、検出素子に加わる力は適当となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の部分破断斜視図、第２図はそれに用いる酸素検出素子の一例を示す部分破
断した斜視図、第３図は本発明の一実施例における酸素検出素子の組み
付けを説明する断面図、第４図は本発明の他の実施例における酸素検出素子の組
み付けを説明する断面図である。 10……酸素検出素子、12……主体金具、14……プロテク
タ 16……内筒、18……外筒 20a、20b、20c……リード線 22……スペーサ、24……充填粉末 26……ガラスシール 28……シール材、60……ワッシャー 62……段部、65……突出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周囲環境の状態を検出する検出素子と、該検出素子を格納する主体金具と、上記主体金具内で上記検出素子を支持するスペーサと、上記主体金具内に上記検出素子を保持するように充填さ
れると共に、上記スペーサによって封じられた充填材
と、を備え、上記スペーサが耐熱金属繊維あるいは多孔性金属からな
り、かつ上記検出素子が該スペーサの弾性圧縮により支
持されることを特徴とする検出素子の組み付け構造。